Способ разрыва пласта подземной формации

 

Изобретение относится к способу разрыва пласта подземной формации с использованием вязкоупругой жидкости. Предложен способ разрыва пласта подземной формации, в котором в подземный пласт нагнетают насосом вязкоупругую жидкость через отверстие скважины под давлением, достаточным для разрыва пласта. При этом вязкоупругая жидкость содержит водную среду, поверхностно-активное вещество, выбранное из группы, состоящей из амфотерных поверхностно-активных веществ, цвиттерионных поверхностно-активных веществ и их смесей, и элемент, представляющий собой водорастворимое соединение. Технический результат - обеспечение необходимых реологических свойств и снижение токсичности вязкоупругой жидкости для разрыва пласта. 21 з.п. ф-лы, 5 табл., 5 ил.

Область изобретения

Настоящее изобретение относится к способу разрыва пласта подземной формации с использованием вязкоупругой жидкости.

Предпосылки создания изобретения

Известно загущение водной фазы, суспензии твердых частиц или эмульгированных капель. Добавление загустителей увеличивает вязкость водной фазы и тем самым замедляет осаждение частиц или капель. Такое замедление используется для сохранения частиц или капель в суспензии при хранении, применении и/или транспортировке суспензии.

Для увеличения вязкости водной фазы суспензий использовали полимерные загустители, например крахмалы, загущение в случае которых происходит за счет переплетения полимерных цепей. Такие загустители могут разрушаться под действием механического сдвигающего усилия или химического расщепления (например, при окислении или гидролизе) полимерных цепей, что приводит к понижению вязкости и, таким образом, стабильности суспензии.

Было обнаружено, что амфолитные и цвиттерионные поверхностно-активные вещества образуют при определенных условиях стержнеобразные мицеллы. Присутствие стержнеобразных мицелл придает жидкости вязкоупругие свойства. Однако известные поверхностно-активные вещества обладают высокой токсичностью и очень низкой биоразрушаемостью.

Краткое изложение изобретения

Данное изобретение относится к способу разрыва пласта подземной формации, включающему нагнетание насосом вязкоупругой жидкости по изобретению через отверстие скважины в подземный пласт под давлением, достаточным для разрыва пласта, в котором вязкоупругая жидкость содержит:

а) водную среду;

b) поверхностно-активное вещество, выбранное из группы, состоящей из амфолитных поверхностно-активных веществ, цвиттерионных поверхностно-активных веществ и их смесей;

с) элемент, представляющий собой водорастворимое соединение, выбранное из группы, состоящей из органических кислот, солей органических кислот, неорганических солей и сочетаний одной или нескольких органических кислот или солей органических кислот с одной или несколькими неорганическими солями;

при этом указанная жидкость проявляет вязкоупругие свойства.

Краткое описание фигур.

На фиг. 1 показана зависимость вязкости от интенсивности сдвигающего усилия для вязкоупругого раствора поверхностно-активного вещества, полученного путем добавления к воде 5 процентов динатриевого иминодипропионата твердого жира (Mirataine Т2С®) и 2,25 процентов фталевой кислоты.

На фиг. 2 показаны динамический модуль Gʹ (модуль хранения) и Gʹʹ (модуль потерь) при 25°С и 50°С для того же раствора, что и в случае фиг.1.

На фиг. 3 показана зависимость вязкости от интенсивности сдвигающего усилия для вязкоупругого раствора поверхностно-активного вещества, полученного путем добавления к воде 5 процентов динатриевого иминодипропионата твердого жира (Mirataine Т2С®), 4 процентов NH₄Cl и 1,75~2,0 процентов фталевой кислоты.

На фиг. 4 показана зависимость вязкости от интенсивности сдвигающего усилия для вязкоупругого раствора поверхностно-активного вещества, полученного путем добавления к воде 4 или 5 процентов олеамидопропилбетаина динатрия (Mirataine ВЕТО®, 3 процентов КС1 и 0,5 процента фталевой кислоты.

На фиг.5 показаны динамический модуль Gʹʹ (модуль хранения) и G" (модуль потерь) при 25°С и 50°С для того же раствора, что и в случае фиг.4.

Подробное описание изобретения

Свойство вязкоупругости вообще хорошо известно и можно сослаться на S.Gravsholt, Journal of Coil. And Interface Sci., 57(3), 575 (1976); Hoffman et al., “Influence of Ionic Surfactants on the Viscoelastic Properties of Zwitterionic Surfactant Solutions” (“Влияние ионогенных поверхностно-активных веществ на вязкоупругие свойства растворов цвиттерионных поверхностно-активных веществ”), Langmuir, 8, 2140-2146 (1992); и Hoffman et al. The Rheological Behavior of Different Viscoelastic Surfactant Solutions (Реологическое поведение различных вязкоупругих растворов поверхностно-активных веществ), Tenside Surf. Det., 31, 389-400, 1994. Среди указанных в этих ссылках методов испытаний для определения, обладает ли жидкость вязкоупругими свойствами, одно из испытаний, которое, как было установлено, является полезным для определения вязкоупругости водного раствора, состоит в придании вихревого движения раствору и визуального наблюдения - будут ли пузырьки, созданные при вихревом движении, иметь обратный ход после прекращения вихревого движения. Любой обратный ход пузырьков указывает на вязкоупругость. Другое полезное испытание заключается в измерении модуля хранения (G') и модуля потерь (G'') при данной температуре. Если G'>G'' в некоторой точке или на протяжении определенного диапазона точек ниже примерно 10 рад/сек, обычно между примерно 0,001 и примерно 10 рад/сек, более типично между примерно 0,1 и примерно 10 рад/сек, при данной температуре, и если G'>10^-2 Паскаль, предпочтительно 10^-1 Паскаль, жидкость обычно рассматривается как вязкоупругая при данной температуре. Реологические измерения, такие как G' и G'' обсуждаются более подробно в “Rheological Measurements”, Encyclopedia of Chemical Technology, vol. 21, p.347-372 (John Wiley & Sons, Inc., N.Y., 1997, 4^th ed.). В степени, необходимой для завершенности, вышеуказанные сообщения специально включены в настоящее описание в качестве ссылки.

Вязкоупругость обусловлена другим типом мицеллообразования, нежели обычные сферические мицеллы, образуемые большинством поверхностно-активных веществ. Вязкоупругие поверхностно-активные жидкости образуют в растворе винтоподобные, стержнеподобные или цилиндрические мицеллы. Образование длинных цилиндрических мицелл создает полезные реологические свойства. Вязкоупругий раствор поверхностно-активного вещества обладает свойством разжижаться при сдвигающем усилии и остается стабильным, несмотря на повторные применения высокого сдвигающего усилия. Для сравнения обычный полимерный загуститель будет необратимо разрушаться при действии высокого сдвигающего усилия.

В разделе “Краткое изложение сущности изобретения” и в данном подробном описании термин “примерно”, сопровождающий каждое цифровое значение, следует понимать как не влияющий на технический результат изобретения, если в контексте не указано другое.

Вязкоупругие поверхностно-активные вещества могут быть либо ионными, либо неионными. Настоящее изобретение включает водные вязкоупругие поверхностно-активные вещества на основе амфолитных или цвиттерионных поверхностно-активных веществ. Амфолитное поверхностно-активное вещество представляет собой класс поверхностно-активных веществ, которые содержат как положительно заряженный фрагмент, так и отрицательно заряженный фрагмент в определенном диапазоне рН (обычно, например, в слабокислом), только отрицательно заряженный фрагмент в определенном диапазоне рН (обычно, например, в слабощелочном) и только положительно заряженный фрагмент в другом диапазоне рН (например, обычно в среднекислом), тогда как цвиттерионное поверхностно-активное вещество постоянно обладает положительно заряженным фрагментом в молекуле независимо от рН и отрицательно заряженным фрагментом при щелочном рН.

Вязкоупругая жидкость содержит воду, поверхностно-активное вещество и водорастворимое соединение, выбранное из группы, состоящей из органических кислот, солей органических кислот, неорганических солей и их смесей. Альтернативно вязкоупругая жидкость может содержать воду, поверхностно-активный оксид амина и анионное поверхностно-активное вещество, содержащее гидрофоб, имеющий по меньшей мере 14 атомов углерода. Вязкоупругий раствор поверхностно-активного вещества полезен в качестве жидкости разрыва пласта или гидравлической жидкости на водной основе. Вязкоупругая жидкость, используемая в качестве жидкости разрыва пласта, может необязательно содержать газ, такой как воздух, азот или диоксид углерода, для создания жидкости под напряжением или пены.

Компонент жидкости, который будет присутствовать в наибольшей концентрации, представляет собой воду, т.е. обычно вода будет составлять основное количество по весу вязкоупругой жидкости. Вода обычно присутствует в количестве по весу большем или равном, чем примерно 50% по весу жидкости. Вода может быть из любого источника столь долго, пока источник не содержит загрязнений, которые несовместимы с другими компонентами вязкоупругой жидкости (например, вызывая нежелательное осаждение). Таким образом, воду не нужно кипятить, и она может быть жесткой или содержать другие вещества, обычные в водных источниках в нефтяных месторождениях или вблизи от них.

Поверхностно-активное вещество представляет собой цвиттерионное поверхностно-активное вещество, включающее гидрофильный фрагмент четвертичного аммония, ковалентно связанный с алкильной или гидроксиалкильной группой.

Поверхностно-активное вещество включает карбоксилатный гидрофильный фрагмент. Элемент, представляющий собой водорастворимое соединение, включает ароматический фрагмент, выбранный из группы, состоящей из сульфоновых ферментов, сульфонатных ферментов, карбоксильных фрагментов и карбоксилатных фрагментов. Ароматический фрагмент выбирают из группы, состоящей из салицилатных ионов и фталатных ионов, гидроксинафталинкарбоксилатных ионов и их смесей.

Примеры цвиттерионных поверхностно-активных веществ, пригодных в настоящем изобретении, представлены формулой:

где R₁ представляет алкил, алкенил, алкиларилалкилен, алкениларилалкилен, алкиламиноалкилен, алкениламиноалкилен, алкиламидоалкилен или алкениламидоалкилен, где каждая из алкильных групп содержит примерно от 14 до примерно 24 атомов углерода и может быть разветвленной или линейной и насыщенной или ненасыщенной, где алкиленовые группы содержат примерно от 1 до примерно 6 атомов углерода. Представительные длинноцепочечные алкильные группы включают тетрадецил (миристил), гексадецил (цетил), октадеценил (олеил), октадецил (стеарил), докозеноил (эруцил) и производные твердого жира, кокосового, соевого и рапсового масел. Предпочтительные алкильные и алкенильные группы представляют собой алкильные и алкенильные группы, имеющие от примерно 16 до примерно 22 атомов углерода. Представителем алкиламидоалкила является алкиламидопропил, в котором алкил является таким, как описано выше.

R₂ и R₃, независимо, представляют собой алифатическую цепь (т.е. в противопоставление ароматике у атома, связанного с четвертичным азотом, например алкил, алкенил, арилалкил, гидроксиалкил, карбоксиалкил и гидроксиалкилполиоксиалкилен, например гидроксиэтилполиоксиэтилен или гидроксипропилполиоксипропилен), имеющую от 1 до примерно 30 атомов, предпочтительно примерно от 1 до примерно 20 атомов, более предпочтительно примерно от 1 до примерно 10 атомов и наиболее предпочтительно примерно от 1 до примерно 6 атомов, в которой алифатическая группа может быть разветвленной или линейной, насыщенной или ненасыщенной. Предпочтительные алкильные цепи представляют собой метил, этил, предпочтительным арилалкилом является бензил, и предпочтительные гидроксиалкилы представляют собой гидроксиэтил или гидроксипропил, тогда как предпочтительные карбоксиалкилы представляют собой ацетат и пропионат.

R₄ представляет углеводородный радикал (например, алкилен) с длиной цепи от 1 до 4. Предпочтительными являются метиленовая или этиленовая группы.

Полученные продукты также будут включать в качестве побочных продуктов небольшое количество гликолята натрия, дигликолята, хлорида натрия и глицерина.

Еще в другом воплощении изобретения цвиттерионное поверхностно-активное вещество выбирают из оксида амина. Это вещество имеет следующую структуру:

где R₁, R₂ и R₃ являются такими, как определено выше.

Поверхностно-активные вещества используются в количестве, которое в сочетании с другими ингредиентами является достаточным для образования вязкоупругой жидкости, данное количество обычно будет малым количеством по весу жидкости (например, меньше, чем примерно 50% по весу). Концентрация поверхностно-активного вещества может колебаться от примерно 0,5% до примерно 10% по весу жидкости, более типично от примерно 0,5% до примерно 8% и еще более типично от примерно 0,5% до примерно 6%. Оптимальные концентрации для любого конкретного набора параметров могут быть определены экспериментально.

Жидкость также содержит один или несколько элементов из группы органических кислот, солей органических кислот и неорганических солей. Специально предполагаются смеси вышеуказанных элементов, как попадающие в объем изобретения. Этот элемент обычно будет присутствовать только в малом количестве (например, менее чем примерно 20% по весу жидкости) .

Органическая кислота обычно представляет собой сульфоновую кислоту или карбоновую кислоту и анионные противоионы в солях органических кислот обычно являются сульфонатами или карбоксилатами. Представители таких органических молекул обычно включают различные ароматические сульфонаты и карбоксилаты, такие как п-толуолсульфонат, нафталинсульфонат, хлорбензойная кислота, салициловая кислота, фталевая кислота и тому подобные, где такие противоионы являются водорастворимыми. Наиболее предпочтительными являются салицилат, фталат, п-толуолсульфонат, гидроксинафталинкарбоксилаты, например 5-гидрокси-1-нафтойная кислота, 6-гидрокси-1-нафтойная кислота, 7-гидрокси-1-нафтойная кислота, 1-гидрокси-2-нафтойная кислота, предпочтительно 3-гидрокси-2-нафтойная кислота, 5-гидрокси-2-нафтойная кислота, 7-гидрокси-2-нафтойная кислота и 1,3-дигидрокси-2-нафтойная кислота и 3,4-дихлорбензоат. Органическая кислота или ее соль обычно помогают развитию увеличенной вязкости, которая является характеристикой предпочтительных жидкостей. Не желая связываться с какой-либо теорией, если специально не указано другое в контексте, предполагается, что ассоциация органической кислоты или ее соли с мицеллой уменьшает кривизну сцепления мицеллы и таким образом промотирует образование винтоподобных или стержнеподобных мицелл. Органическая кислота или ее соль обычно будут присутствовать в вязкоупругой жидкости в весовой концентрации от примерно 0,1% до примерно 10%, более типично от примерно 0,1% до примерно 7% и еще более типично от примерно 0,1% до примерно 6%.

Неорганические соли, которые являются особенно подходящими при применении в вязкоупругой жидкости, включают водорастворимые соли калия, натрия и аммония, такие как хлорид калия и хлорид аммония. Дополнительно также можно использовать соли - хлорид кальция, бромид кальция и галогениды цинка.

Неорганические соли также могут способствовать развитию увеличенной вязкости, которая является характеристикой предпочтительных жидкостей. Кроме того, неорганическая соль может способствовать поддержанию стабильности геологической формации, к которой применяют данную жидкость. Стабильность формации и, в частности, стабильность глины (путем ингибирования гидратации глины) достигается при уровне концентрации в несколько процентов по весу, и как таковая плотность жидкости существенно не меняется вследствие присутствия неорганической соли, если плотность жидкости не становится важным соображением, в случае чего могут использоваться более тяжелые неорганические соли. Неорганическая соль обычно будет присутствовать в вязкоупругой жидкости в весовой концентрации от примерно 0,1% до примерно 30%, более типично от примерно 0,1% до примерно 10%, и еще более типично от примерно 0,1% до примерно 8%. Органические соли, например гидрохлорид триметиламмония и хлорид тетраметиламмония, также могут использоваться в дополнение к неорганическим солям или в качестве их замены.

В качестве альтернативы органическим солям и неорганическим солям или в качестве их частичной замены можно использовать спирт со средней или длинной цепью (предпочтительно алканол), предпочтительно имеющий от пяти до десяти атомов углерода, или этоксилат спирта (предпочтительно этоксилат алканола), предпочтительно спирт с 12-16 атомами углерода и имеющий от 1 до 6, предпочтительно 1-4 оксиэтиленовых звена.

В воплощении изобретения, где выбранное поверхностно-активное вещество представляет собой оксид амина, предпочтительно использовать его в сочетании с анионным поверхностно-активным веществом, содержащим гидрофоб, имеющий по меньшей мере 14 атомов углерода. Примеры подходящих анионных поверхностно-активных веществ включают алкилсульфаты или сульфонаты, имеющие противоионы щелочного металла, или алкилкарбоксилаты, в которых алкил представляет группу, содержащую от примерно 14 до примерно 24 атомов углерода, которая может быть разветвленной или линейной и которая может быть насыщенной или ненасыщенной, и более предпочтительно содержит между примерно 16 и примерно 22 атомами углерода.

В таком воплощении (оксид амина/анионное поверхностно-активное вещество) весовое соотношение оксида амина к анионному поверхностно-активному веществу составляет примерно от 100:1 до примерно 50:50.

В дополнение к водорастворимым солям и описанным здесь ранее загущающим агентам вязкоупругая жидкость, используемая в качестве гидравлической жидкости для разрыва пласта, может содержать другие обычные составляющие, которые выполняют конкретные желательные функции, например ингибиторы коррозии, добавки для потери текучести и тому подобное. В жидкости для разрыва пласта может быть суспендирован расклинивающий наполнитель. Обычно, рН жидкости будет колебаться от сильно кислого (например, меньше, чем рН около 3) до слабо щелочного (например, от рН только больше 7,0 до примерно 8,5, более типично до примерно 8,0) или средне щелочного (например, рН примерно от 8,5 до примерно 9,5). Сильно щелочные значения рН (например, рН выше примерно 10) должны быть исключены.

Также предполагается сочетать вышеуказанные амфолитные/цвиттерионные поверхностно-активные вещества с обычными анионными, неионными и катионными поверхностно-активными веществами для получения заданной вязкоупругой жидкости для специалиста. В обычных воплощениях амфолитное/цвиттерионное поверхностно-активное вещество обычно присутствует в основном количестве по весу от всех поверхностно-активных веществ, и более типично присутствие по существу только одного поверхностно-активного вещества. Обычно, вязкоупругая жидкость по существу не будет содержать анионные поверхностно-активные вещества, например, она будет содержать меньше, чем примерно 0,5%, более типично меньше, чем примерно 0,2%, еще более типично меньше, чем 0,1% по весу анионных поверхностно-активных веществ.

Для получения водных жидкостей согласно настоящему изобретению поверхностно-активное вещество добавляют к водному раствору, в котором были растворены водорастворимые неорганические соли, например хлорид калия или хлорид аммония, и/или по меньшей мере одна органическая кислота или водорастворимая соль органической кислоты, для обеспечения селективного способа регулирования потери частицами свойства оставаться в суспензии. В том воплощении, где жидкость представляет собой смесь воды, поверхностно-активного оксида амина и анионного поверхностно-активного вещества, используется простая смесь трех компонентов. Можно использовать обычные способы смешивания, известные в технике, поскольку нагревание раствора и специальные условия перемешивания обычно не нужны. Конечно, при использовании в предельно холодных условиях, таких как имеющиеся на Аляске, следует использовать обычные способы нагревания. Было обнаружено, что в некоторых случаях предпочтительно растворять загуститель перед смешиванием его с водным раствором в низкомолекулярном спирте. Низкомолекулярный спирт, например изопропанол, действует как вспомогательное вещество для солюбилизации загустителя. Также могут использоваться другие подобные агенты. Кроме того, для предотвращения нежелательного пенообразования во время получения вязкоупругой жидкости, если пена нежелательна в условиях обработки, может использоваться противовспенивающая присадка, такая как полигликоль. Если требуются пена или возбужденная газом жидкость, можно добавлять любой газ, такой как воздух, азот, диоксид углерода и тому подобные.

Жидкость по данному изобретению особенно полезна при обращении с частицами, образующимися при выемке грунта геологической формации, например при экскаваторной выемке, бурении, буровзрывных работах, драгировании (дноуглубительные работы) , проходке горизонтальной выработки и тому подобных, например, во время строительства дорог, мостов, зданий, шахт, туннелей и тому подобного. Частицы смешивают с вязкоупругой жидкостью способами, эффективными для диспергирования частиц в жидкости. Частицы обычно имеют размер, колеблющийся от тонкого порошка до крупного гравия, например порошок, песок и гравий. Размер частиц влияет на суспендируемость отходов технологического процесса выемки грунта. Например, небольшие частицы суспендируются лучше, чем более крупные частицы и очень мелкие частицы суспендируются так хорошо, что смесь может стать слишком густой для транспортировки с помощью насоса или аналогичными способами. Также важно распределение размеров отходов технологического процесса выемки грунта, так как отходы, которые содержат частицы, которые перекрывают широкий диапазон размеров, более легко суспендируются, чем отходы, в которых частицы имеют примерно одинаковый размер. Следовательно, может оказаться желательным для получения лучшего распределения размера частиц просеять частицы отходов перед применением настоящего способа для того, чтобы отсеять частицы, которые слишком велики для суспендирования.

Вязкоупругие жидкости по настоящему изобретению могут использоваться для транспортирования земли или материалов, вынутых при буровых работах, при технологических операциях выемки грунта и проходки тоннелей открытым способом для фундаментов глубокого заложения в строительной промышленности, в подземной строительной промышленности и при прокладке тоннелей, при бурении скважин, и для других применений грунтонесущих жидкостей. Способность инструмента или систем выемки грунта к удерживанию и удалению увеличенной нагрузки земли улучшается за счет суспендирующих свойств и смазочных свойств поверхностно-активных вязкоупругих жидкостей.

В одном предпочтительном воплощении данного изобретения поверхностно-активное вещество можно комбинировать с некоторыми добавками регулирования потери текучести, известными в промышленности, такими как водорастворимые или вододиспергируемые полимеры (гуар и гуаровые производные), ксантан, полиакриламид, крахмал и производные крахмала, производные целлюлозы, полиакрилаты, полиДАДМАХ [поли(диалкилдиметиламмоний хлорид)], глины (бентонит и аттапульгит), для обеспечения способа управления свойствами проходческих жидкостей и способствования стабилизации стенки выработки.

Более исчерпывающая информация может быть найдена в The University of Houston, Department of Chemical Engineering, Publication No UHCE 93-1, озаглавленная: “Действие минеральных и полимерных суспензий на периметр перераспределения нагрузки в буровых шахтах”, опубликованная в январе 1993 г., и НСТ WO 96/23849, сообщения которых включены в данное описание в качестве ссылки.

В способе гидравлического разрыва пласта по данному изобретению используются в других отношениях общепринятые способы. В этом отношении в описание настоящей заявки включено в качестве ссылки описание патента США № 5551516 (Notman et а1.). Применение в нефтяной промышленности различных материалов описано в “Oil-field Applications”, Encyclopedia of Polymer Science and Engineering, vol.10, p. 328-366 (John Wiley & Sons, Inc./ New York, 1987) и приведенных там ссылках, данные которых включены в настоящее описание в качестве ссылки.

Гидравлический разрыв пласта представляет собой термин для обозначения различных способов, используемых для стимулирования добычи жидкостей, таких как нефть, природный газ и т.д., из подземных геологических формаций. При гидравлическом разрыве пласта жидкость вводят через отверстие скважины напротив верхней поверхности пласта под таким давлением и с такой скоростью потока, которые по меньшей мере достаточны, чтобы преодолеть давление вскрышных пород и инициировать и/или расширить разрыв(ы) пласта. Жидкость для разрыва пласта обычно несет расклинивающий наполнитель, такой как песок 20-40 меш, боксит, стеклянные шарики и т.д., суспендированный в жидкости для разрыва пласта и доставляемый в пласт. Расклинивающий наполнитель удерживает пласт от обратного схлопывания, когда прилагаемое давление снимается. Наполняющий пласты расклинивающий наполнитель создает проницаемые каналы, через которые жидкости пласта могут вытекать в скважину и затем отводиться. Вязкоупругие жидкости также широко используются при обработке гравийного фильтра.

Следующие примеры представлены для иллюстрации получения и свойств водных вязкоупругих гидравлических жидкостей на основе поверхностно-активного вещества и не предназначены для ограничения объема изобретения, если в противном случае не указано специально в прилагаемой формуле изобретения. Все проценты, концентрации, соотношения, части и т.д. приведены по весу, если другое не оговорено или не связано с контекстом их применения.

Примеры

Пример 1

Вязкоупругие растворы поверхностно-активных веществ получают, добавляя к воде 5 процентов хлорида аммония и от 3 до 5 процентов дигидроксиэтилглицината твердого жира (Mirataine ТМ®). Системы перемешивали до тех пор, пока не растворились все поверхностно-активные вещества. Все образцы согласно тесту обратного хода пузырьков оказались вязкоупругими. Реологию раствора измеряли с помощью Rheometric ARES при 25°С. Результаты представлены в таблице 1.

Пример 2

Способом, аналогичным способу примера 1, в раствор вводили 0,3 процента фталевой кислоты и 2-4 процента дигидроксиэтилглицината твердого жира (Mirataine ТМ®). Все образцы согласно тесту обратного хода пузырьков оказались вязкоупругими. Реологические измерения проводили в соответствии со способом, описанным в примере 1, при 25°С. Результаты представлены в таблице 2.

Пример 3

Реологические измерения также проводили при более высоких температурах с помощью реометра FANN. Результаты для 0,3 процентного раствора фталевой кислоты, содержащего 4 процента дигидроксиэтилглицината твердого жира (Mirataine ТМ®) , приведены в таблице 3.

Пример 4

Вязкоупругие растворы поверхностно-активного вещества получают, добавляя к воде 5 процентов динатриевого имидодипропионата твердого жира (Mirataine T2C®) и 2,25 процента фталевой кислоты. Системы перемешивали и нагревали до 50°С до тех пор, пока вся фталевая кислота не растворилась. Все образцы согласно тесту обратного хода пузырьков оказались вязкоупругими. Реологические измерения проводили для вязкости, динамического модуля G' (модуль хранения) и G'' (модуль потерь) с помощью реометра Rheometric SR-200 при 25°С и 50°С. Результаты показаны на фиг. 1 и 2.

Пример 5

Способом, аналогичным способу примера 4, смешивали вместе 5 процентов динатриевого имидодипропионата твердого жира (Mirataine T2C®), 4 процента NH₄C1 и 1,75-2,0 процента фталевой кислоты в воде. Все образцы согласно тесту обратного хода пузырьков оказались вязкоупругими. Реологические измерения проводили способом, описанным в примере 4, при 25°С. Результаты представлены на фиг. 3.

Пример 6

Вязкоупругие растворы поверхностно-активного вещества получают, добавляя к воде 4-5 процентов олеамидопропилбетаина (Mirataine BET-0®), 3% КС1 и 0,5% фталевой кислоты. Систему перемешивали до тех пор, пока вся фталевая кислота не растворится. Реологические измерения проводили для постоянной вязкости, динамического модуля G'/G'' с помощью реометра Rheometric ARES при 25°С. Результаты представлены на фиг.4 и 5.

Пример 7

Вязкоупругий раствор поверхностно-активного вещества получают, смешивая вместе 96,65 частей воды, 4 части оксида эурицинамидопропилендиметиламина и 0,35 части олеилсульфата натрия. рН доводят до 8, добавляя NaOH. Температурную стабильность раствора определяют путем измерения его вязкости в сантипуазах (при скорости сдвига 100 сек^-1). Результаты представлены в таблице 4.

Пример 8

Вязкоупругий раствор поверхностно-активного вещества получают, смешивая вместе 95,50 частей воды, 4 части оксида эурицинамидопропилендиметиламина и 0,50 части олеилсульфата натрия. рН доводят до 8, добавляя NаОН. Температурную стабильность раствора определяют путем измерения его вязкости в сантипуазах (при скорости сдвига 100 сек^-1) . Результаты представлены в таблице 4.

Пример 9

Вязкоупругий раствор поверхностно-активного вещества получают, смешивая вместе 96,1 части воды, 3 части оксида эурицинамидопропилендиметиламина и 0,9 части бегенилсульфата натрия. рН доводят до 9, добавляя NаОН. Температурную стабильность раствора определяют путем измерения его вязкости в сантипуазах (при скорости сдвига 100 сек^-1). Результаты представлены в таблице 5.

Пример 10

Вязкоупругий раствор поверхностно-активного вещества получают, смешивая вместе 94,8 частей воды, 4 части оксида эурицинамидопропилендиметиламина и 1,2 части бегенилсульфата натрия. рН доводят до 9, добавляя NаОН. Температурную стабильность раствора определяют путем измерения его вязкости в сантипуазах (при скорости сдвига 100 сек^-1). Результаты представлены в таблице 5.

Из настоящего примера следует, что если раствор обладает необходимыми свойствами выше определенной температуры, следовательно, он может быть использован в способе разрыва пласта выше этой температуры.

Формула изобретения

1. Способ разрыва пласта подземной формации, включающий стадию нагнетания насосом вязкоупругой жидкости через отверстие скважины в подземный пласт под давлением, достаточным для разрыва пласта, в котором вязкоупругая жидкость содержит: а) водную среду; b) поверхностно-активное вещество, выбранное из группы, состоящей из амфотерных поверхностно-активных веществ, цвиттерионных поверхностно-активных веществ и их смесей; и с) элемента, представляющего собой водорастворимое соединение, выбранное из группы, состоящей из органических кислот, солей органических кислот, неорганических солей и сочетаний одной или нескольких органических кислот или солей органических кислот с одной или несколькими неорганическими солями; при этом указанная жидкость проявляет вязкоупругие свойства.

2. Способ по п.1, в котором количество указанного поверхностно-активного вещества составляет примерно от 0,5 до примерно 6% по весу указанной жидкости.

3. Способ по п.1, в котором указанное поверхностно-активное вещество представляет цвиттерионное поверхностно-активное вещество, включающее гидрофильный фрагмент четвертичного аммония, ковалентно связанный с алкильной или гидроксиалкильной группой.

4. Способ по п.1, в котором указанное поверхностно-активное вещество включает карбоксилатный гидрофильный фрагмент.

5. Способ по п.1, в котором указанный элемент включает ароматический фрагмент, выбранный из группы, состоящей из сульфоновых фрагментов, сульфонатных фрагментов, карбоксильных фрагментов и карбоксилатных фрагментов.

6. Способ по п.5, в котором указанный ароматический фрагмент выбирают из группы, состоящей из салицилатных ионов и фталатных ионов, гидроксинафталинкарбоксилатных ионов и их смесей.

7. Способ по п.1, в котором указанная вязкоупругая жидкость дополнительно включает суспендированный в ней гранулированный расклинивающий наполнитель.

8. Способ по п.1, в котором указанная вязкоупругая жидкость дополнительно включает добавку, выбранную из группы, состоящей из ингибиторов коррозии и добавок для потери текучести, и их смесей.

9. Способ по п.1, в котором указанный элемент присутствует в количестве примерно от 0,1 до примерно 30% по весу, предпочтительно в количестве от примерно 0,1 до примерно 8% по весу.

10. Способ по любому из предшествующих пунктов, в котором указанное поверхностно-активное вещество представлено формулой (I):

или формулой (II)

где R₁ представляет алкил, алкенил, алкиларилалкилен, алкениларилалкилен, алкиламиноалкилен, алкениламиноалкилен, алкиламидоалкилен или алкениламидоалкилен, где каждая из указанных алкильных групп содержит примерно от 14 до примерно 24 атомов углерода и может быть разветвленной или линейной и насыщенной или ненасыщенной, и где указанные алкиленовые группы содержат примерно от 1 до примерно 6 атомов углерода;

R₂ и R₃ представляют, независимо, алифатические цепи, имеющие примерно от 1 до примерно 30 атомов углерода;

R₄ представляет углеводородный радикал с длиной цепи от примерно 1 до примерно 4.

11. Способ по п.10, в котором R₂ выбирают из группы, состоящей из тетрадецила, гексадецила, октадеценила и октадецила.

12. Способ по п.10, в котором R₁ представляет алкильную группу, являющуюся производной твердого животного жира, кокоса, соевых бобов или рапсового масла.

13. Способ по п.10, в котором R₂ и R₃ представляют, независимо, алкил, алкенил, арилалкил, гидроксиалкил, карбоксиалкил или гидроксиалкилполиоксиалкилен, каждый имеющий примерно от 1 до примерно 10 атомов углерода, и, предпочтительно, представляют собой метил, этил, бензил, гидроксиэтил, гидроксипропил, карбоксиметил или карбоксиэтил.

14. Способ по п.10, в котором R₁ представляет RCONHCH₂CH₂CH₂, где R представляет алкильную группу, содержащую от примерно 14 до примерно 24 атомов углерода, которая может быть разветвленной или линейной, и которая может быть насыщенной или ненасыщенной, и каждый R₂ и R₃ представляет бета-гидроксиэтил.

15. Способ по п.13, в котором R₂ представляет бета-карбоксиэтил, и R₄ представляет этилен.

16. Способ по п.1, в котором указанное поверхностно-активное вещество выбирают из группы, состоящей из дигидроксиэтилглицинатов, алкиламидопропилбетаинов и амфотерных дипропионатов, производных имидазолина, наиболее предпочтительно, из группы, состоящей из дигидроксиэтилглицината твердого жира, динатриевого иминодипропионата твердого жира и олеамидопропилбетаина.

17. Способ по п.16, в котором жидкость включает от примерно 0,5 по примерно 6% поверхностно-активного вещества и от примерно 0,1 до примерно 6% комбинации элемента, выбранного из группы, состоящей из п-толуолсульфоната, нафталинсульфоната, хлорбензойной кислоты, салициловой кислоты и фталевой кислоты, и элемента, включающего одну или несколько водорастворимых солей аммония.

18. Способ по п.1, в котором указанное поверхностно-активное вещество представляет собой поверхностно-активный оксид амина, и указанный элемент представляет собой анионное поверхностно-активное вещество, содержащее гидрофоб, имеющий по меньшей мере 14 атомов углерода.

19. Способ по п.18, в котором указанный поверхностно-активный оксид амина имеет формулу

где R₁ представляет алкил, алкенил, алкиларилалкилен, алкениларилалкилен, алкиламиноалкилен, алкениламиноалкилен, алкиламидоалкилен или алкениламидоалкилен, где каждая из указанных алкильных групп содержит примерно от 14 до примерно 24 атомов углерода и может быть разветвленной или линейной и насыщенной или ненасыщенной, и где указанные алкиленовые группы содержат примерно от 1 до примерно 6 атомов углерода;

R₂ и R₃ представляют, независимо, алифатические цепи, имеющие примерно от 1 до примерно 30 атомов углерода.

20. Способ по п.18, в котором указанное анионное поверхностно-активное вещество представляет собой алкилсульфат или сульфонат, имеющий противоионы щелочного металла, или алкилкарбоксилат, в котором алкил представляет группу, которая содержит от примерно 14 до примерно 24 атомов углерода, предпочтительно от 16 до примерно 22 атомов углерода, которая может быть разветвленной или линейной и которая может быть насыщенной или ненасыщенной.

21. Способ по п.18, в котором весовое соотношение поверхностно-активного вещества оксида амина к анионному поверхностно-активному веществу колеблется от примерно 100:1 до примерно 50:50.

22. Способ по п.18, в которому указанная стадия разрыва происходит при температуре, превышающей 100°F (37,78°С).

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5